英飛凌功率器件和單片機(jī)技術(shù)在能源利用和汽車電子的應(yīng)用

正值2010年上海慕尼黑國際電子展期間，英飛凌半導(dǎo)體公司攜幾個應(yīng)用領(lǐng)域的最新成果前來，與大家共話技術(shù)發(fā)展的最新動向。

能源領(lǐng)域
全球能源消耗的1/3都集中在電能方面，而美國、歐洲和中國是最大的能量消費(fèi)實體。尤其是中國，隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速，對電力的需求在急劇地擴(kuò)大。為此，對新能源的開發(fā)和能量的高效利用就成為了一個重要的戰(zhàn)略問題。智能電網(wǎng)的出現(xiàn)，正好是對這個問題的最好解決方案。按照能量的采集，傳輸和利用的順序，可以把智能電網(wǎng)劃分成6大部分。第一部分是能源轉(zhuǎn)換，包括傳統(tǒng)能源和新型可再生能源；第二部分是傳輸部分；第三部分是電網(wǎng)監(jiān)控；第四部分是存儲和采集；第五部分是智能抄表；第六部分是高效使用端。在這個電力供應(yīng)鏈中，半導(dǎo)體器件都扮演了很重要的角色，而英飛凌公司的最新產(chǎn)品更是發(fā)揮了重要的作用。以能源部分為例，風(fēng)能最近受到青睞，英飛凌專為風(fēng)能發(fā)電提供了高效的IGBT模塊。相對于前代產(chǎn)品，新的IGBT4具有更高的能量密度，能進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本。此外，在能量轉(zhuǎn)換階段，基于碳化硅和硅的6項技術(shù)可使得能量轉(zhuǎn)化效率大幅提升，具體來說，逆變器的效率將能達(dá)到99%。

圖1? 智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

汽車電子
汽車電子是功率電子器件的另一大應(yīng)用領(lǐng)域，也是英飛凌公司的主營業(yè)務(wù)的很大一部分。據(jù)統(tǒng)計，每部汽車平均有25顆英飛凌器件，而平均1/3的發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)由英飛凌的單片機(jī)控制。

當(dāng)下的一個趨勢是電動汽車的開發(fā)和使用，而電動汽車對IGBT的要求是非常苛刻的，高溫以及溫度的強(qiáng)烈變化，高強(qiáng)度的機(jī)械震動都是需要克服的挑戰(zhàn)。英飛凌的HybridPACKTM系列IGBT模塊是專門針對汽車應(yīng)用開發(fā)的，經(jīng)過了多道嚴(yán)格的測試。其中，HybridPACKTM1適用于最大電池電壓為450V且功率高達(dá)20kW的輕度混合動力汽車。這種模塊以IGBT溝槽柵場截止技術(shù)為基礎(chǔ)，可實現(xiàn)較低的開關(guān)損耗。其經(jīng)過專門設(shè)計，長期工作結(jié)溫為150℃，采用六管三相橋結(jié)構(gòu)，額定值高達(dá)400A/600V，將方便客戶啟動混合動力汽車和電動汽車完整逆變器的開發(fā)。HybridPACKTM2最大功率為80kW，全混HEV和EV皆可使用，額定電流高達(dá)800A。整個HybridPACKTM套件包括IGBT模塊、水冷器、驅(qū)動器板、適配器板和16位/32位TriCore微控制器，適用于風(fēng)冷或低溫液體冷卻的逆變器系統(tǒng)。另外，還有PrimePACKTM模塊，其采用了英飛凌第四代IGBT，最高結(jié)溫為175℃；通過將IGBT的位置更靠近基板螺絲固定點的方其法，有效降低了基板與散熱片之間的熱阻效應(yīng)，內(nèi)部雜散電感與同級產(chǎn)品相比降低約60%，適用于公交汽車、商用工程車輛。

圖2? HP1內(nèi)視圖

圖3? HP2內(nèi)視圖

在提供功率模塊的同時，英飛凌還面向中國市場提供了多套設(shè)計平臺和方案，如完整的ABS/ESC方案，成熟完整的RKE/TPMS設(shè)計方案及與國內(nèi)主要供應(yīng)商開發(fā)中的AMT，AT TCU方案等。

單片機(jī)
英飛凌公司的X800系列在工業(yè)和汽車中應(yīng)用廣泛，現(xiàn)在，又有兩個新的系列：XC82x和XC83x加入這個家族。其中，XC82x和XC83x微控制器可確保以極其經(jīng)濟(jì)劃算的方式，實現(xiàn)節(jié)能控制理念。它們集成多種特性，包括電容式觸控和LED矩陣控制器、模擬EEPROM、10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、與ADC實現(xiàn)硬件連接的捕獲比較單元（CCU6）、看門狗定時器、掉電模式和各種通信接口諸如UART、高速SPI及I2C。XC82x系列還集成了乘除算法單元（MDU）。XC83x則具備一個16位矢量計算器和一個ROM庫可以實現(xiàn)磁場定向控制功能,并且還有大電流I/O口（30～50mA）。

在照明領(lǐng)域，以LED為代表的新型照明正在興起，使用LED路燈照明可節(jié)能達(dá)80%。XC82x/XC83x在照明應(yīng)用中可實現(xiàn)RGB、調(diào)光、溫度等LED燈光控制功能，HID的啟動和恒定功率控制，并通過網(wǎng)絡(luò)通信實現(xiàn)各種智能控制。在馬達(dá)控制中，XC82x/XC83x具有更平滑的換相控制，更低噪聲和較小損耗，無刷電機(jī)，減少摩擦損耗，減少磨損/維護(hù)工作，無傳感器磁場定向控制，降低失效的風(fēng)險；實現(xiàn)更高效率，連接性；實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，損壞監(jiān)測，故障警報。還有一個應(yīng)用領(lǐng)域是智能電源控制，在控制轉(zhuǎn)換上，XC82x/XC83x的許多優(yōu)化操作使控制更靈活有效，實現(xiàn)PFC功能并提高AD/DC轉(zhuǎn)換效率，控制蓄電池充電，實現(xiàn)主動電池平衡。

圖4? 基于XC82x/XC83x的路燈控制方案

為了方便工程師開發(fā)，英飛凌還提供了免費(fèi)的軟件開發(fā)平臺：支持XC800系列單片機(jī)DAvE Bench for XC800，基于Eclipse的IDE，使用方便；Project和workspace管理，自動連接DAvE，集成支持XC800的SDCC編譯器，集成HiTOP Eclipse調(diào)試器，集成FLOAD：Flash下載工具，集成U-SPY：可視化串口調(diào)試界面。通過多種應(yīng)用套件和工具，可滿足新系統(tǒng)設(shè)計面臨的急迫的上市時間要求。

圖5? DAvE Bench操作界面

提高效率，增加系統(tǒng)的智能化，這些都是半導(dǎo)體廠商不懈努力的方向。英飛凌公司在這方面做了很多優(yōu)秀的工作，這些成果將有助于我們進(jìn)一步實現(xiàn)綠色世界的夢想。